第三章行波天线
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所谓行波天线就是指天线上的电流按行波分布的天线。
行波天线可在导线末端接匹配负载,使天线上电流避免反射而以行波分布,频率变化时,输入阻抗近似不变,方向图随频率的变化也较缓慢,行波天线是宽频带天线,但是有匹配负载所以工作效率低。
二.【关键词】:行波单导线,菱形天线,螺旋天线三.【主要内容】:1.行波单导线的特点及优缺点(1).行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。
设长度为L 的导线沿Z轴放置,如下图1-1所示,导线上电流按行波分布,即天线沿个点电流振幅相等,相位连续滞后,其馈电点置于左边原点。
设输入端电流为I0,忽略沿线电流的衰减,则线上电流分布为:I(z‘)= I0e-jkz‘(2).行波单导线的特点:ⅰ.沿导线轴线方向没有辐射。
ⅱ.导线长度越长,最大辐射方向越靠近轴线方向,同时主瓣越窄,副瓣越大且副瓣数增多。
ⅲ.当L/λ很大,主瓣方向随L/λ变化趋缓,即天线的方向性具有宽频特性。
最大辐射角:θm=arccos(1-λ/2L)行波单导线的方向系数为:D≈10㏒10L/λ+5.97-10㏒10(㏒10L/λ+0.915)dB 2.菱形天线(1).菱形天线的结构和工作原理为了增加行波单导线的增益,可以利用排阵地方法。
用4根行波单导线菱形天线水平地悬挂在四根支柱上,从菱形天线的一只锐角端馈电,另一只锐角端接一个与菱形天线特性阻抗相等的匹配负载,使导线上形成行波电流。
菱形天线可以看成是将一段匹配传输线从中间拉开,由于两线之间的距离大于波长,因而产生辐射。
菱形天线的最大辐射方向位于通过两锐角顶点的垂直平面内,指向终端负载方向,具有单向辐射特性。
参考图3-2-2(a)所示,在长对角线方向,1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差应该由下列三部分组成:Δψ=Δψr+Δψi+ΔψE 其中,Δψr为射线行程差所引起的相位差,射线行程从各边的始端算起,Δψr=kLcosθ;Δψi为电流相位不同引起的相位差,线上个对应点电流滞后kL,即Δψi=-kL;ΔψE为电场的极化方向所引起的相位差,由图可直观看出ΔψE6 =π,将这些关系带入公式Δψ中,可以得出总相位差Δψ=kLcosθ0-kL+π=kL(1-λ/2L)-kL+π=0即长对角线方向上导线1、2的合成场相叠加。
绪论单元测试1.天线是一种开放式辐射系统,传输线是一种闭合式传输系统A:对B:错答案:A第一章测试1.设均匀双线的导线半径为,双线轴线间的距离为,则均匀双线的特性阻抗为:A:B:C:D:答案:D2.半波振子天线的方向图:A:在E面和H面都是8字形B:在H面为8字形,在E面为圆形C:在E面为8字形,在H面为圆形D:在E面和H面都是圆形答案:C3.设某天线输入功率为,增益为,辐射功率为,方向系数为,则距离天线距离为的测试点出最大电场强度为A:B:C:D:答案:AB4.某天线的增益系数为20dB,工作频率为0.6GHz,则有效接收面积为()m2。
A:1.99B:1.97C:1.98D:2.00答案:A5.电基本振子的零功率波瓣宽度2θ0为()A:45°B:360°C:90°D:180°答案:D第二章测试1.天线与馈线之间连接时要考虑:A:平衡输出B:交叉馈电C:阻抗匹配D:平衡馈电答案:CD2.提高直立天线效率的关键在于A:提高辐射电阻B:降低辐射电阻C:降低损耗电阻D:提高损耗电阻答案:AC3.短波鞭状天线一般具有很高的效率。
A:对B:错答案:B4.驻波天线,也称为谐振天线,天线上以驻波能量存在,其输入阻抗具有明显的谐振特性,天线工作频带较窄。
A:错B:对答案:B5.半波对称振子的方向系数D是()A:1.67B:1.65C:1.64D:1.66答案:C第三章测试1.与驻波天线相比,行波天线具有以下优点A:较高的效率B:较好的单向辐射特性C:较高的增益D:较宽的工作带宽答案:BCD2.以下天线中行波天线有A:菱形天线B:引向天线C:螺旋天线答案:AC3.螺旋天线是一种最常用的线极化天线。
A:对B:错答案:B4.为了提高菱形天线的增益,可采用回授式菱形天线结构。
A:错B:对答案:A5.行波天线,天线上以行波能量存在,其输入阻抗基本不受频率变化影响,天线工作频带较宽。
行波线天线线天线有许多类型:对称振子,单极子天线,V-形偶极子,折合振子,环天线,八木天线(YAGI-UDA),对数周期偶极子天线(LPDA ),行波线天线,等等。
前面六类线天线都是窄带天线,后面两类是宽带天线。
在窄带线天线中,电流从馈电点流向天线的末端,产生反射并在线天线上建立起驻波型的电流分布。
偶极子天线上的电流可以近似为)(2)]2(sin[)(2zj z j L j m m e e e j I z L I z I ββββ-=-=-, 2L z < (1)右边括号内第一项是外向行波,第二项是反射波。
在开路端电流反射系数是-1,所以第二项前面是负号。
当天线上第二项反射波很小时,可以看成是行波天线。
行波天线的作用类似于导波结构,而谐振天线支持驻波,类似于谐振回路。
在天线末端加上匹配负载吸收剩余电磁能量,可以防止反射波的产生。
对于很长的线天线,由于电流沿着天线流动时不断地辐射,能量不断地消耗掉,仅仅有很少的电磁能量到达天线末端,也可以看成是行波天线。
行波天线是宽带天线的一种类型。
最简单的行波线天线是仅仅传输行波的单根长线,如图1所示。
图1. 非常长的行波线天线所谓长传输线是指其长度大于半波长。
图1中R L 是 防止末端反射的匹配负载。
首先,为了简化分析,假设地平面的作用可以忽略,即天线是在自由空间之中。
当出现不完善地平面时称行波长线为Beverage 天线或波天线。
可以用镜像法来评估不完善地平面的作用。
其次,假设馈电点的精细结构并不重要。
如图1所,用同轴线对长线天线馈电。
当L d <<时垂直段的辐射作用可以忽略。
最后,假设沿着长线辐射损耗和欧姆损耗比较小,也就是说,衰减可以忽略。
线上的电流幅值不变,相速等于自由空间的相速,电流可写为z j m t e I z I β-=)( (2)式(2)表示沿+z 方向传播的不衰减行波,相位常数为β。
式(2)表示了一个均匀线电流源。
根据第一章的讨论,一个沿Z 轴的线电流源的远区辐射电场强度为⎰-'-''=22cos )(sin 4ˆL Lz j rj z d e z I r e j θββθπωμθE (3)其中线源电流分布为)(z I ',长度为L 。
漫谈驻波比驻波比全称为电压驻波比,又名VSWR和SWR,为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。
在无线电通信中,天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配,高频能量就会产生反射折回,并与前进的部分干扰汇合发生驻波。
为了表征和测量天线系统中的驻波特性,也就是天线中正向波与反射波的情况,人们建立了“驻波比”这一概念,SWR=R/r=(1+K)/(1-K)反射系数K=(R-r)/(R+r)(K为负值时表明相位相反)式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。
当两个阻抗数值一样时,即达到完全匹配,反射系数K等于0,驻波比为1。
这是一种理想的状况,实际上总存在反射,所以驻波比总是大于1的。
—————————————————————————漫谈驻波比摘自:《专业无线通信》传媒电压驻波比(VSWR)是射频技术中最常用的参数之一,用来衡量部件之间的匹配是否良好。
业余无线电爱好者用电台进行联络之前,当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1。
那么,什么是驻波?还有,如果VSWR接近1:1,当然好。
但如果不能达到1,将会怎样呢?小到几天线才算合格?为什么老式电台上没有驻波表?本文不打算重复很多无线电技术书籍中关于电压驻波比的理论叙述,只是想从感性认识的层面介绍一些驻波和行波的概念,再谈几个实用问题。
行波和行波天线电流在导线中流动的速度很快。
在直流电路和低频交流电路中,流过导线某一截面的电流总是会在电路参数发生变化之前流过其它各截面,因此任何时刻一条导线上各截面电流的方向和大小是一样的。
不过,电流从一点流到另一点毕竟还是需要时间的。
在高频电路中,在高频率交流电源的驱动下,电流、电压的大小和方向都变化得极快,前一时刻流过某点的电流刚刚来得及流到相邻段,该点电流的大小或方向已经随电源而发生改变,这样就造成同一时刻电路各点的电流和电压不再彼此相同。
如果我们用一个等幅高频率交流电源联接到一对无穷长的均匀平行长线上,那么靠近电源端的导线之中就会有同步于电源的高频交变电压和电流。